学生实验报告

课程大学物理实验学院机电工程学院 专业、班级日期20xx年12 月20日

一、实验目的

1.掌握惠斯通电桥的结构和测量原理。

2.了解电桥灵敏度的概念及测量方法。

3.能正确操作仪器进行未知电阻测量。

二、实验基本原理

R1, R2 是已知标准电阻；Rs 是可变标准电阻；

Rx 是被测电阻

B, D 间接检流计。

接通电路后，检流计一般不示零，说明B，D 两点电位不相等。通过调节Rs，使检流计中无电流通过（IG=0）,此时电桥达到平衡。

电桥平衡条件：IG=0。B，D 两点电位相等，即

I1R1=I2R2 IxRx=IsRs

又I1=Ix I2=Is

所以 Rx=（R1/R2）Rs

R1/R2 ：称为比例臂，或 “倍率” Rs ： 比较臂

电桥灵敏度:

由于检流计灵敏度的因素所带来的测量误差：S=Δn/（ΔRs/Rs）

调节电桥平衡后，将Rs改变一微小量ΔRs，检流计指针向左或向右偏转的格数Δn。

三、实验仪器及设备

QJ19型直流单双臂电桥、待测电阻

四、实验操作步骤

1.检流计灵敏度置于“1×10-6 A /格”档后调零，电源置于“6V”档 。 2.按下并旋转电源开关按钮，接通电源。

3.点按“粗调”按钮,先进行“粗调”，观察检流计指针有无偏转，逐步改变Rs，直到检流计无偏转，则“粗调”平衡。

4.点按“细调”按钮，再进行“细调”，逐步微调Rs，直到检流计 无偏转，则“细调”平衡，记下此时的R1，R2 及 Rs 的电阻值。 5. “细调”平衡后，点按“细调”按钮， 改变Rs，使检流计指针分别向右 向左偏转5小格，记为Rs1和 Rs2. 6. 保持R1/R2比值不变，

重复上述过程，一共测量三次。 7. 换其它电阻测量。

五、实验数据记录

ΔRs =RS2-RS1 , Δn =10

Rx = Rx ±ΔRx

六、数据处理过程及结果结论

相对灵敏度S的测量： S=Δn/（ΔR1/R1） 不确定度计算： 不确定度主要来源于 (1)电阻箱的误差 (2)电桥灵敏度误差 (3)多次测量的差异。

按所用电阻箱的标准，R2、R3电阻箱×100,×1000档为0.1级，R4电阻箱×100档为0.5级

七、问题和讨论

1. 惠斯通电桥（又称单臂电桥）是一种可以精确测量电阻的仪器。电阻R1，R2，R3，R4叫做电桥的四个臂，G为检流计，用以检查它所在的支路有无电流。当G无电流通过时，称电桥达到平衡。平衡时，四个臂的阻值满足一个简单的关系，利用这一关系就可测量电阻。 2.注意事项:

调节时应先粗调，再进行细调，次序不能颠倒。

八、附原始数据 (注数据不能更改，且在空白处注明“预习时长、操作时长和撰写报告时长”)

 

第二篇：大学物理实验报告

第三部分  基本实验指导

实验一、惠斯通电桥测电阻

电桥是利用比较法进行电磁测量的一种电路连接方式，它可以测量很多电学量，如电阻、电容、电感、互感等，还可以配合不同的传感器件测量很多非电学量，如温度、压力、加速度等。因此在传感技术中应用极广。电桥的种类较多，按工作状态可分为平衡电桥和非平衡电桥；按工作电流种类可分为直流电桥和交流电桥；按结构和测量范围可分为单臂电桥和双臂电桥。

电桥法根据平衡和比较原理测量电阻，其构思巧妙、测量准确、适用方便，是电磁测量的基本方法。本实验所用电桥为直流单臂电桥，也称作惠斯通（Wheatstone）电桥。惠斯通电桥适用于测量中等阻值的电阻。

实验目的

1．学习用电桥法测量电阻的原理，了解其应用；

2．掌握使用箱式惠斯通电桥测量中值电阻阻值的方法；

3．掌握测量箱式惠斯通电桥的相对灵敏度的方法。

实验器材

QJ23型或QJ23a型直流电阻电桥（如图所示）；ZX21型电阻箱；待测电阻若干；导线两根。

0

图1 QJ23型直流电阻电桥               图2 QJ23a型直流电阻电桥

实验原理

惠斯通电桥测电阻原理如图3所示。

四个电阻R₁、R₂、R_S与R_x联成一个四边形，每一个边作为电桥的一个臂，R₁、R₂称为比率臂，R_S称为比较臂（标准臂），R_x为电桥的待测臂。对角线AC连接电源E。对角线BD之间接检流器G。调节R_S使B、D两点电势相等，这时检流计G指零，电桥达到平衡。依B、D两点间电势差为零，可得：

其中R₁/R₂称为比率臂的倍率。若比率臂的倍率与比较臂值R_s均为已知，则可算出R_x的值。

电桥平衡后检流计指针指零；若桥路中电阻值发生改变，如R_x的改变量为△R_x，则电桥失去平衡，检流计指针发生偏转，偏转格数为△n。我们将由于R_x的改变而引起检流计G指针的偏转所引起的△n与R_x的相对改变量△R_x/R_x的比值称为电桥相对灵敏度S，

即：S=△n/(△R_x/R_x)

实验内容

1．用箱式惠斯通电桥测量待测电阻R_x1、R_x3的阻值，保证测量结果有四位有效字，给出测量结果；

2．测量箱式惠斯通电桥在R_x取2000Ω时的相对灵敏度，表达结果。

实验步骤

1．检查电桥设置，对于QJ23a型直流电阻电桥，将电源B的“内-外”拨动开关和检流计G的“内-外”拨动开关置于内接方式；对于QJ23型直流电阻电桥，打开电源开关，将检流计G的中间接线柱与“外接”接线柱用金属片短路即可；

2．按下电源按纽B，观察检流计指针是否指零，若不为零，调整检流计上方的调零旋钮使其指零；

3．估计待测电阻R_x1的阻值（根据色环指示，或用万用表粗测），先选择好倍率C的取值，然后预置电桥上的倍率转换开关和四个读数盘的读数（保证测量结果有四位有效字）；

4．将待测电阻接至电桥的待测臂R_x上，采用跃按法，既先后按下“B”、“G”按钮，调节读数盘，使检流计指零；

5．先后松开“G”、“B”按钮，记录读数；

6．重复步骤2-5，测量六组数据；

7．用待测电阻R_x3替代R_x1，重复步骤2-6；

8．将电阻箱（置于2000Ω档）接入待测臂R_x处，调整倍率和读数盘使电桥平衡，检流计指零，记录R_x的值。取R_x的改变量△R_x分别为2Ω、4Ω、6Ω、8Ω、10Ω，分别记录检流计的偏转格数△n；

9．恢复仪器，整理实验器材、场地。

注意事项

B是电源开关按钮，实验中不要将此按钮按下锁住，以避免电流热效应引起电阻阻值改变，并防止电池很快耗尽。G是检流计开关按钮，一般只能跃按，以避免非瞬时过载而引起检流计损坏。

参考文献

[1]．成正维. 大学物理实验. 北京: 高等教育出版社，2002

附录1：数据记录及数据处理

1．数据记录表

表1：R_x1 测量数据表

基准值R_N=****Ω           电桥准确度等级α=****

表2：R_x3 测量数据表

基准值R_N=****Ω           电桥准确度等级α=****

表3：电桥相对灵敏度测量数据表

R_x=****Ω

2．数据处理

(1) 的最佳值及不确定度

的算术平均值：；

测量值的实验标准差：，（按肖准则检查无坏值）；

平均值的实验标准差：；

电桥的示值极限误差：；

合成不确定度：

相对不确定度：

(2) 的最佳值及不确定度

处理方法及步骤同上。

(3) 电桥的相对灵敏度

3．实验结论

(1) 电阻阻值的测量结果：

(2) 电阻阻值的测量结果：

(3) 电桥的相对灵敏度（）：

附录2：电桥参数

电桥的示值极限误差由公式计算

电桥的准确度等级与所选择的倍率有关；电桥各级倍率与有效量程、基准值、准确度等级指数的关系可见下表：

QJ23电桥特性

QJ23a电桥特性

附录3：电阻相关知识

电阻按材料分一般有：碳膜电阻、金属膜电阻、水泥电阻、线饶电阻等。一般的家庭电器使用碳膜电阻较多，因为它成本低廉。金属膜电阻精度要高些，使用在要求较高的设备上。水泥电阻和线饶电阻都是能够承受比较大功率的，线饶电阻的精度也比较高，常用在要求很高的测量仪器上；

色环法表示电阻阻值说明：

色环电阻分为“四色环”和“五色环”，先说“四色环”。顾名思义，就是用四条有颜色的环代表阻值大小。每种颜色代表不同的数字，如下：

黑0、棕1、红2、橙3、黄4、绿5、蓝6、紫7、灰8、白9、金、银表示误差。

各色环表示意义如下：

第一条色环：阻值的十位数字；

第二条色环：阻值的个位数字；

第三条色环：10的幂数；

第四条色环：误差表示。

例如，电阻色环：棕绿红金

第一位：1；第二位：5；10的幂为2（即100）；误差为5%。

即阻值为：15×100=1500欧=1.5千欧=1.5K

还有精确度更高的“五色环”电阻，即用五条色环表示电阻的阻值大小，具体如下：

第一条色环：阻值的百位数字；

第二条色环：阻值的十位数字；

第三条色环：阻值的个位数字；

第四条色环：阻值乘数的10的幂数；

第五条色环：误差（常见是棕色，误差为1%）。